US-CT影像融合容积导航技术可重复性的实验研究

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2024年5月17日发(作者：)

医学影像学杂志

2021

年第

31

卷第

3

期

J

Med

Imagda

Vol.

31

No.

3

2021

-实验研究

-

uswt

影像融合容积导航技术可重复性的实验研究

张黎明

1

，

宗

维

2

，

荆雪红

2

，

王

冈

『，

丛

林

2

，

赵

斌

2

1

.山东大学第二医院胸外科山东济南

250033

2

山东大学附属山东省医学影像学研究所山东济南

250021

$

摘

要

】

目的

探讨

uswt

影像融合容积导航技术在肝脏体模应用中的价值

。

方法

采

用包含

3

条肝静脉及

6

枚囊

肿模型的体外肝脏体模

,

应用融合导航定位系统将其

CT

薄层扫描图像导入超声检查仪虚拟导航系统进行影像融合

，

在

囊肿模型的最大截面层

，

应用

maPab

软件计算影像重合率

。

实验共进行

2

次

：

1

)

2

名不同资质的操作者应用影像融合容

积导航技术,分别在

1

天内各自独立完成

3

次对

6

枚囊肿模型的融合对位;

2

)

1

周后重复上述步骤

。

结果高年资操作

者和低年资操作者都能获得较高的影像重合率和较低的变异系数

。

2

次实验中

,

2

名操作者组间影像重合率明显相关

;

不

同操作者

,

前后两次组内实验影像重合率明显相关

。

结论

uswt

影像融合容积导航技术可以达到较高的影像重合率

,

在组间及组内都具有较高的可重复性

。

并且

，

不同操作经验的医师只要在标准操作的前提下

，

不会显著影响影像重合率

的可重复性

。

$

关键词

】

影像融合容积导航技术;影像重合率;可重复性

中图分类号

:

R445.1

；

R575

文献标识码

:

A

文章编号

：

1006-9011

(

2021

)

03-513

三

4

Experimectal

sthdy

on

repeatability

of

volume

navigation

technology

based

on

US-CT

image

fusion

ZHANG

Liming

1

,

ZONG

Wei

2

,

JING

XueOong

2

,

WANG

Gang

,

CONG

Lt

,

ZHAO

Bit

1.

Depignene

of

Thorocic

Surgerg

,

The

Second

Hospital

of

Shandong

University

,

Jinan 250033,

P.

R.

China

2.

Shandong

Institute

cf

Medical

Imaging

,

h

Shandong

University

,

Jinan

250021,

P.

R.

China

)

Abstract

]

Objective

Methods

Three

hepatic

veins

and

several

cyst

models

were

included

in

the

liver

phantom.

The

three

hepa/c

veins

and

cyst

models

we

—

clearly

visible

in

CT

images

and

convenPonal

ultrasound

scanning.

Two

ddferent

experienced

operators

pehormed

three

Pmes

of

the

image

fusion

process

on

the

phantom

a-

the

same

day

in

one

week

and

repeated

the

process

one

more

time

on

the

neat

week

,

and

sin

cysts

were selected

to

record

the

fusion

counterpoint

rate for

each

time.

ResSts

By

comparing

the

data

between

groups

and

within

groups

,

we

found

no

significant

d/ferenco

in

the

results.

Conclusion

US-CT

im

­

age

fusion

volume

naviga/on

technology

is

feasible

,

repeatable

,

and

highly

accurate,

which

can

be

used

as

an

eVective

guidance

method

in

the

process

of

ultrasound

indwentional

diagnosis

and

treatment.

)

Key

words

]

Mul/mode

image

fusion

volume

naviga/on

technology

；

Overlap

rate

of

images

；

Repeatability

多模态影像配准技术是一种将不同模态影像相

互融合的有效方法

。

超声影像与其他模态影像配准

鲜有报道

。

本文应用

US-CT

影像融合容积导航技

术

，

量化体外肝脏体模内囊肿模型的影像重合率

,

并

通过分析影像重合率在组间和组内的可重复性

,

明

术的准

性

,

术的临床应用

作为其中一个重要领域

，

其原因可能是超声图像的

获取方式较其他模态影像不同

。

影像融合容积导航

技术可通过实时超声与

CT/MRI

图像相互融合协助

定位常规超声无法显示或显示不清的病灶

-

T

，

具有

重要的临床意义

。

国内外课题组应用体外模型研究

论

依据

。

1

资料与方法

1.1

体外肝脏体模

已经证实

，

影像融合容积导航技术可以引导穿刺活

检超声无法显示的病灶

[

6

]

(但并未量化融合影像

米用通用公司

(

general

elctPc

company

,

GE

)

制

作的体外肝脏体模模型

，

内含

3

条肝静脉及数个囊

重合率

，

对影像重合率组内和组间的可重复性也

作者简介:张黎

明

(

1987

边

，

男

，

山东日照人，

毕业于山东大学医

学院

，

医学硕士

，

住院医师

，

主要从事介入诊疗工作

通信作者

:

王刚

副主任医师

E-mail

：

163.

com

肿模型

,

3

条肝静脉及囊肿均可在

CT

扫描及超声扫

描时清晰显示

。

肝静脉在

CT

影像上显示为

3

条低

密度管道结构

，

在超声影像上显示为

3

条低回声管

道结构

，

囊肿在

CT

影像上表现为类圆形低密度灶,

513

通信作者

：

赵斌

主任医师

,

教授

，

博士生导师

E-mail

：

cjr-

zhaobin@

vip.

163

-

com

医学影像学杂志

2021

年第

31

卷第

3

期

J

Med

Imaging

Vol.

31

No.

3

2021

超声影像上为类圆形无回声区

(

Works

,

Massachusetts

,

USA

)

上

编写的程序自动导入

1-2

仪器设备

融合后的影像数据

;

然后

,

在囊肿病灶的最大截面

层,分别由

15

年

以上临床

经验的

CT

诊断医师和

超

声诊断医师手动勾画囊肿病灶在

CT

和超声影像上

GE

LOGIC9

彩

色多普勒超声仪

,

C1-VN

探头

；

内置于超声仪

ViCuai

Navigatvf

—体

化工作

站的实

时虚拟导航系统

，

由位置探测单元

、磁场发生器及探

的感兴趣区

(

volumn

of

Interest

,

VOI

)

。

我们使用

头磁感应器组成

;

体模

CT

影像由德国

Siemens

公司

Somatom

Definition

FEshCT

扫描仪扫描完成

。

1.3

实验方法

1.3.1

采集

CT

影像数据

对肝脏体模进行高分

A

,

B

别

灶

在

CT

和

超

像

的

VOI

,

计算它们之间的重合率

［

7

］

，

计算公式如下:其中

DCa

表示重叠系数

,

DCe

常被用来计算两两之间的

重合率

［

9

］

。

辨率容积

CT

扫描

，

获得

DIBOM

格式薄层图像

。

具

2

(

A

)

B

)

体扫描参数为:管电压

120

kV

,

等效管电流

96

mAs

,

螺距

0.8

，

视野

(

field

of

view

FOV

)

:

33

cm

x

33

c

叫

Kernel

：

B30f

,

窗宽

300

HU

,

窗位

40

HU

,

重建图像层

厚

1.0

m

叫层间距

0-

7

mm

。

1-3.2

影像融合过程

应用融合导航定位系统:将

DIBOM

格式薄层扫描图像导入超声检查仪虚拟导

航系统

，

采用单平面定位法

。

首先应用超声腹部横

切面影像与体模

CT轴位影像右肾中份水平下腔静

脉平面

，

进行平面对位融合

(

lack

tha

plana

)

，

再分别

通过肝左静脉与肝中静脉的交角

、

肝右静脉与肝中

静脉的交角处作为对位点

(

lack

the

point

)

进行大体

融合

，

每个对位点进行

2

次以上大体融合对位

，

再经

多个不同自由切面反复对位远端管道结构进行精细

融合

。

融合对准后通过影像重叠模式显示对准情况

及相应联动

CT

影像,最后通过肝脏体模中两枚囊

。

合成功标准为:重叠显示超声及

CT

图像

，

变换探头

切面,三条肝静脉在

CT

及超声影像上配准误差在

3

mm

以内

，

认为融合成像配准成功

。

融合完成后

，

选

取能够清晰显示的分布于肝脏体模内不同深度

(

距

离肝脏体模表面

2.5

-5.

7

cm

)

的

6

枚囊肿模型进

行超声

LT

影像融合(图

1

)(

1.3.3

量化影像重合率为评估影像融合容积导

航技术的组内和组间可重复性

，

我们选择

2

名不同

年

资

操作者

完

成

:操作

者

I

具

有

24

年以上

超

声介入

操作经历

,

5

年以上影像融合容积导航技术操作经

验

,

操作者

II

具

有

5

年

以

上超声介入操作经历

,

1

年

以上影像融合容积导航技术操作经验

。

第

1

次实

验

：

2

名不同

资

质的操作者应用影像融合容积导航

技术,分别在

1

天内各自独立完成

3

次对

6

枚囊肿

病灶的融合对位

，

每位操作者获得

18

个病灶的融合

影像;第

2

次实验

：

1

周后每名操作者重复上述步

。

首先

，

我

们应用

matlab

平台

(

R2016a

,

Math

­

514

DCa

A

+B

该公示定义为

A

、

B

两个感兴趣区所含像素的

交集的两

倍

除以两个感兴趣区所

含像素之和

。

Dice

范围为

0

~1

,

1

代表两个

VOI

内的像素完全重叠

,

0

代表两个

VOI

内的像素完全不重叠

。

1-4

统计学分析

采用

PASW17

-

0

(

Chicaga

,1/

,

USA

)

软件包进行

统计学分析

,

P

<

0.05

认为具有统计学意义

。

首

先

，

计算

2

名操作者一天内

3

次融合(组间)和

2

名

操作者前后两次融合(组内)影像重合率的均数

(

mean

)

、

标准差

(

SD

)

和变异系数

(

CV

),

并应用

Perason

相关系数分析组间和组内

的可重复

性

。

然

后

,

应用独立样本

t

检

验

评估

2

名不同

资

质操作者

影像重合率的差异

;

应用配对

t

检

验

评估

操作者前

像重

率

的

差

。

2

结果

本文

共进行两次实验

，

影像重合

率

的组

间和组

内可重复

性

，

见表

1

,

2

。

表中列出了两名操作者两

次实验影像重合率的

均

值

、

标准差

和变异

系

数

。

高

年

资

操作者

I

第

2

次实验的影像重合率较

好

，

均

值

为

92

-

61%

，标准差为

0.

65%

,

变异系数为

0.

70%

。

低年

资

操作者

II

第

1

次实验的影像重合率较

差

，

均

值为

92

-

06%

，

标准差为

0.

76%

，

变异系数为

0.

082%

。

独立样本

t

检

验

表明

,

无论第

1

次实验

还

是第

2

次实验

,

2

名操作者

间

的影像重合

率

都没有

表

1

影像重合率的组间可重复

性

实验序号

操作者

均

值

标准差变异系数

P

值

第'次

实验

操作者

I

92.47%

0.89

0.97%

0.152

操

者

92.06%

0.76

0.82%

第

2

实验

操作者

I

92.61%

0.65

0.70%

0.116

操

者

92.25%

0.68

0.74%

注

：

P

值指操作者

I

与

II

比较,应用

独

立样本

t

检验

医学影像学杂志

2021

年第

31

卷第

3

期

J

Med

Imaging

Vol.

31

No.

3

2021

表

2

影像重合率的组内可重复

性

操

者

和第

2

次实验的影像重合率都没有显著差异

(

操作

P

值

实验序号

均值

准差

0.89

系

数

0.97%

0.70%

0.82%

0.74%

者

I

：

P

=0.390

'操

者

II

：

P

=0.201

)

。

操作者

I

操作者

II

第

1

次

92.47%

实验

第

2

92.61%

实验

第

1

92.06%

实验

第

2

92.25%

实验

0.390

我们

还

应用

Pewson

相关系

数

像重合

率的组内和组间可重复性

。

结果

明

，

第

1

次实验

,

0.65

0.76

操作者

I

和操作者

II

的影像重合率明显相关

(

c

=

0.201

0.723

,

P

=0.001

)

；

第

2

次实验

，

操作者

I

和

操作

者

II

的影像重合率明显相关

(

c

=

0.

643

,

P

=

0.68

0.004

)(

图

2

)

o

于操作者

Q

第

1

次和第

2

次实验

注

:

P

值指第

1

次与第

2

次实验比较

,

应用配对

e

检验

的影像重合率明显相关

(

c

=0.648

,

P

=0.004

)

；

于操作者

II

,

第

1

次和第

2

次实验的影像重合率

显著差异

(

第

1

次实验

：

P

=0-152

'

第

2

次实验

：

P

=

0-116

)

。

配

t

检验表明

,

2

名操

者第

1

次实验

明显相关

(

c

=0.658

,

P

=0.

003

)(

图

3

)

o

0.723

0.001

0.643

0.004

0.648

0.004

W

0.658

0.003

嗥

1.0

操作者

I

第

1

次融合影像畫合率

(％)

操作者

I

第

2

次融合影像畫合率

(％)

操作者

I

第

1

次融合影像重合率

(％)

操作者

II

第

1

次融合影像重合率

(％連

91.5

92.0

92.5

93.0

Z

q

S

图

1A

通过肝脏体模中右肾中份水平下腔静脉位置进行平面对位融合图

1B

通过肝脏体模肝左静脉与肝中静脉的交角处作为对位点

进行大体融合

图

1C

肝囊肿模型进行融合对准后通过重叠显像模式显示对准情况及相应联动

CT

影像

图

1D

通过肝脏体模中两枚病

灶进行靶目标标记后进一步显示对位情况

图

2

应用

Pe

—

ww

相关系数分析影像重合率的组间可重复性

。

图

2A

第

1

次实验

，

操作者

I

和

操作者

II

的影像重合率明显相关(

c

=0.723

,

P

=0.001

)

。

图

2B

第

2

次实验

，

操作者

I

和操作者

II

的影像重合率明显相关(

c

=0.643

,

P

=

0.004

)

图

3

应用

Pewswi

相关系

数

分析影像重合率的组内可重复性

。

图

3A

对于操作者

Q

第

1

次和第

2

次实验的影像重合率明显相

关(

c

=0.648

,

P

=0.004

)

。

图

3B

对于操作者

II

,第

1

次和第

2

次实验的影像重合率明显相关(

c

=0.658

,

P

=0.003

)

3

讨论

超

导

廉

等独特

，

但在

特

单

纯

应用的

辅

像引导手

观测

、

价格

低

超声

难

以

清

灶

，

影

响

灶精准治疗

。

通过

段

之一

，

具有无

电

离辐射损伤

、

实

影像

术将

图像与其

像

(

CECT/LEM-

515

医学影像学杂志

2021

年第

31

卷第

3

期

J

Med

Imaging

Vol.

31

No.

3

2021

RisEUS

)

进行实时融合

，

此方法避免了单一影像引

导方式的局限性,通过优势互补

，

实现了全程

、

实时

、

参考文献

：

[

1

]

陈洁

，

吴卫华

,

王雷

，

等

•

超声造影引导下穿刺活检对前纵

精准引导并监测整个消融治疗过程

。

既往国内外研究并未量化融合影像重合率

,

但

膈肿瘤的诊断价值-

J

]

-

医学影像学杂志

，

2020

,

30

(

8

)

：

1369-1371.

影像重合率与穿刺成功率密切相关

。

目前对影像融

[

2

]

马苏亚.

超

声介入在临床上的应用现状-

J

]-现代实用医

合容积导航技术组内和组间的可重复性鲜有报

道

,

学

，

2015

,

27

(

3

)

:

282-284.

[

3

]

[

4

]

徐栋•肿瘤超声介入治疗的现状与思考

[

J

]

-

肿瘤学杂志,

2016

,

22

(

1

)

：

1-5.

本研究结果表明

,

高年资操作者和低年资

操

作者都

能获得较高的影像重合率和较低的变异系数

。

统计

学结果表明

，

无论两组实验组间

、

组内影像重合率都

Mainte

JJA

,

Viergevos

MA.

A

survey

of

medical

imago

revistry-

Oon

[

J

]

-

Computes

&

Digital

Engineering

,

2016

,

33

(

1

)

:

140

­

明显相关;这在另一个层面进一步证实了影像融合

容积导航技术的稳定性

。

但是

，

影像融合容积导航

144.

[

5

]

EweWsen

C.

Imago

fusion

between

ulWasonoggphy

and

CT

,

MRI

oePETsCTeoeomagHguodancHand

clinical

study

[

J

]

-

Danish

Medical

BulEtin

,

2010

,

57

(

9

)

:

4172.

技术也存在局限性

，

主要在于缺乏对患者呼吸及运

动补偿所导致的对位误差

。

为了优化融合图像的联

动性

，

应尽量采用统一呼吸时相的影像数据进行配

准并尽可能使患者处于相同扫描体位

,

尤其是对于

一些随呼吸时相移动较大的器官

。对于呼吸配合较

[

6

]

Caroline

E

,

Hanno

S

,

Ndcs

G

,

et

al.

Biopsy

guided

by

real-time

sonography

fused

with

MRI

:

a

phantom

study

[

J

]

-

AJR

,

2008

,

190

(

6

)

:

1671-1674.

[

7

]

贺需旗

，

李凯

，

郑荣琴

，

等.

CT-

超声实时影像虚拟导航引导

穿刺

活检的实验研究

[

J

]

-

中华超声影像学杂志

，

2011

,

20

(

10

)

:

887-889?

[

8

]

Langew DR

,

Backes

WH

,

Van

Dpk

P.

Representation

of

lateral-

困

难的患者

，

也可以采取多点配准来改善

。

另外

，

自

动配准将是影像融合容积导航技术的发展方向

,

旨

在优化配准过程及准确度

-

9W0

.

(

Penney

等

［

11

.提出

了一种算法

，

能够将追踪到的二维超声影像与

MR

容积图像进行配准

。

此方法不同于以往基于体素的

oaaioon

and

ionoiopyon

peomaeyeeesussecondaeyhuman

audoioey

coWex

[

J

]

-

Neuro

imago

,

2007

,

34

(

1

)

:

264

—

73.

[

9

]

s

ocoaioon

beiween

species

[

J

]

-

Ecology

,

1945

,

26

(

3

)

:

297-502.

配准方法

，

仅应用少量的超声二维影像

。

但是

，

该方

法将肝脏

假

设为一个刚性体模

，

实际中由于患者

呼

吸及探头加压会导致肝脏体积发生变化

,

探头所引

起的肝脏形变并不会在患者身上出现较大的位

[

10

]

Caroline

E

,

Adrian

SF

,

Gwiionu

LG

,

et

al.

Real-time

image

fu

­

sion

involving

diagnostic

ultrasound

[

J

]

-

AJR

,

2013

,

200

(

3

)

:

249-255.

移

-

'

2

.

(

[

11

]

Penney

GP

,

BEckall

JM

,

Hamady

MS

,

et

al.

Registration

of

eeeehand

3D

nd

and

magneioc

eesonance

.oeeeomages

综上所述

,

USLT

影像融合容积导航技术可以

达

到较高的影像重合率

，

在组间及组内都具有较高

[

J

]

-

Medical

Image

Analysis

,

2004

,

8

(

1

)

：

81

—

1

­

[

12

]

VolEn

D

,

Payan

Y

,

Amavizca

M

,

et

al.

Computer-aided

hepatic

:

eequoeemenis

and

y

[

J

]

.

的可重复性

。

而且

，

不同操作经验的医师只要在标

准操作的前提下

，

不会显著影响影像重合率的可重

复性

。

Comptes

Rendus

Biologies

,

2002

,

325

(

4

)

:

309-519-

(收稿日期:

2020-09-20

)

(

[

9

]

505

)

［

11

］

李春雷

，

青光军

,

王荣芬

，

等-分析痛风性关节炎诊断中双源

CT

和

MRI

的应用价值

［

J

］

-

影像科学与光化学

，

2020

,

38

AEtaha

D

,

Neogi

T

,

Sil

—

an

AJ

,

et

al.

Rheumatoid

arthritis

cEs-

soeocaioon

ceoieeoa

:

an

ameeocan

co

.

egeoeeheumaiosmco

.

aboeaioee

initiativv

[

J

]

-

AwhftW

Rheum

,

2015

,

67

(

10

)

：

2557-2568.

(

2

)

：

191W96-

[

10

]

Marin

D

,

Nelson

RC

,

Schindera

ST

,

et

al.

Low

tube

voltage

,

high

iubecu

e

n

:

ompeoeed

［

12

］

刘洁

，

刘安-多种影像学方法对痛风性关节炎诊断价值的临

床研究

［

J

］

-

实用骨科杂志

，

2018

,

24

(

4

)

：

380-581-

(收

日期:

2020-07-06

)

and

deceeased

eadoaioon

dosewoih

Adapioeesiaiosiocaoieeaioeeeecon-

sieucioon

m

ence

[

J

]

?Rad

oo

.ogy

,

2010

,

254

(

1

)

:

145-153.

516

本文标签： 影像融合重合超声